Vědci publikující v časopise *Aging Cell* zjistili, že použití FGF21 k upregulaci sirtuinu SIRT1 zpomaluje degeneraci meziobratlových plotének v krysím modelu. Toto jsou nová zjištění, o kterých je důležité informovat.
Degenerace meziobratlových plotének (IDD) představuje významnou příčinu bolestí dolní části zad u starších jedinců. Tento rozšířený zdravotní problém je předmětem zájmu v rámci intervencí zaměřených na stárnutí, přičemž předchozí výzkumy v této oblasti se zaměřovaly například na specifické signální dráhy související se stárnutím buněk.
Předmětná studie se nicméně věnuje jinému přístupu, ačkoli se rovněž zabývá buněčnou senescencí. Zaměřuje se na účinky faktoru FGF21, růstového faktoru, jehož hladina s věkem klesá a u něhož bylo zaznamenáno, že působí proti sarkopenii. Výzkumníci dále uvádějí, že FGF21 vykazuje i další benefity, jako je zpomalení involuce brzlíku [1] a, což je pro tuto práci zásadní, zlepšení mitofágie [2]. Mitofágie je udržovací proces zahrnující odstraňování poškozených mitochondrií.
Namísto přirozeně stárnoucích krys výzkumníci využili krysí model IDD, který byl navozen propíchnutím obratlů v anestezii. Ve srovnání s kontrolní skupinou, u které byla provedena pouze simulovaná operace, vykazovaly krysy s navozenou degenerací značnou dezorganizaci tkání nucleus pulposus (NP), které jsou klíčové pro integritu plotének, a významnou fibrózu. V této skupině byla pozorována zvýšená exprese biomarkerů senescence, včetně p16 a p21, zatímco hladina FGF21 byla výrazně snížena.
Tato zjištění korespondovala s daty získanými z tkání nucleus pulposus od lidských dárců. Degenerovanější vzorky vykazovaly zvýšenou fibrózu, snížený počet buněk, zvýšené markery buněčné senescence a menší množství proteoglykanů, které jsou nezbytné pro správnou funkci meziobratlových plotének. Ačkoli FGF21 nebyl identifikován jako nezávislý rizikový faktor, což výzkumníci přisuzovali malému vzorku (n = 26), byla zjištěna silná korelace mezi jeho hladinou, věkem a závažností symptomů.
Následně se výzkumníci zaměřili na přímou aplikaci FGF21 do buněčné kultury NP. Po vystavení buněk stresu pomocí TBHP bylo zjištěno, že nízká dávka FGF21 (50 ng/mL) přinesla mírné zlepšení v markerech buněčné senescence. Vyšší dávka (200 ng/mL) prokázala výraznější účinky, snižující hladiny p16, p21, p53 a klíčového markeru senescence SA-β-gal. Tato léčba rovněž obnovila přirozenou produkci antioxidantů a tvorbu ATP, které jsou v těchto buňkách pod TBHP stresem sníženy. Podobné výsledky byly získány i při vystavení buněk zánětlivému faktoru IL-1β.
Objasnění mechanismů působení
Ve srovnání s buňkami ošetřenými pouze TBHP vykazovaly buňky, které byly ošetřeny i FGF21, výraznou upregulaci genů zapojených do autofagických udržovacích procesů, včetně mitofágie. Výzkumníci zaznamenali, že tyto autofagické markery byly sníženy jak u lidí s IDD, tak v krysím modelu. Podrobnější zkoumání ošetřených buněk NP odhalilo, že mitochondrie v buňkách ošetřených pouze TBHP byly zduřené a vykazovaly minimální mitofágii, zatímco FGF21 částečně obnovil tuto kapacitu.
Výzkumníci předpokládají, že právě tento proces je způsobem, jakým FGF21 bojuje proti stárnutí buněk. Pro potvrzení tohoto zjištění aplikovali na buňky NP inhibitor mitofágie, Mdivi-1, souběžně s TBHP a FGF21. Jak se očekávalo, potlačení mitofágie zrušilo účinky FGF21, stejně jako vyřazení genu Drp-1, který souvisí s mitofágií.
Další experimenty odhalily, že dráha PINK1-Parkin byla rovněž nezbytná pro FGF21 k upregulaci mitofágie; pokud byl některý z těchto faktorů narušen, účinky FGF21 na mitofágii i senescenci byly výrazně oslabeny. Výzkumníci rovněž zjistili, že sirtuin SIRT1, který je snížen jak u lidské IDD, tak v tomto krysím modelu, byl faktorem FGF21 upregulován. Další série buněčných experimentů identifikovala kauzální dráhu: v těchto NP buňkách FGF21 upreguluje SIRT1, který následně aktivuje dráhu PINK1-Parkin, aby stimuloval mitofágii a zmírnil buněčnou senescenci.
Účinky na zvířecím modelu a budoucí směřování
S těmito výsledky se výzkumníci vrátili ke svému krysímu modelu. Ačkoliv FGF21 plně nezmírnil symptomy IDD, významně zlepšil morfologii tkáně nucleus pulposus, částečně obnovil proteoglykany a do jisté míry navrátil velikost plotének. Vyřazení SIRT1 zabránilo vzniku těchto benefitů.
Uvedené výsledky pocházejí z krysího modelu IDD, který byl navozen, a nebyly testovány přirozeně stárnoucí krysy. Výzkumníci nicméně identifikovali jasnou kauzální dráhu, která se uplatňuje v buňkách nucleus pulposus. Další práce budou zapotřebí k určení, zda se tato zjištění vztahují na přirozeně stárnoucí organismy a na člověka.